工業機器人的電磁兼容發射測試標準解讀

【摘要】隨著計算機的處理能力日益強大以及人工智能技術越來越成熟，各類工業機器人被設計出來并被逐漸應用到工業生產中，緩解了因我國人口老齡化造成的勞動力成本升高的壓力。但這些工業機器人在投入使用前都必須經過嚴格的安全及電磁兼容測試。本文介紹了適用于工業機器人的國家標準，并結合實際樣品介紹電磁兼容發射測試項目。

【關鍵詞】工業機器人；國家標準；電磁兼容

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.03.002

Interpretation of Electromagnetic Compatibility Emission Test Standards for Industrial Robots

YAO Jiajun

（Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision，Guangzhou 510000，China）

Abstract：With the increasing processing power of computers and the maturity of artificial intelligence technology，various types of industrial robots have also been designed and gradually applied to industrial production，alleviating the pressure of rising labor costs caused by Chinas aging population. But these industrial robots must undergo strict safety and electromagnetic compatibility testing before being put into use. This article introduces the national standards applicable to industrial robots and introduces electromagnetic compatibility emission testing projects based on actual samples.

Key words：industrial robot；national standard；electromagnetic compatibility

2021年12月，工業和信息化部、國家發展和改革委員會、科學技術部等15個部門聯合發布了《“十四五”機器人產業發展規劃》。該規劃中指出在過去的8年中，我國一直是全球最大的工業機器人消費國，爭取在2025年我國能成為全球工業機器人創新技術發源地、高端制造集聚地和集成應用新高地。機器人的發展對國家的發展起著至關重要的作用。由于工業機器人一般工作在復雜的電磁環境下，且會產生較強的電磁騷擾，因此一臺合格的機器人不僅要能完成日常的任務，還需要有較好的電磁兼容性能。

1工業機器人電磁兼容標準現狀

2016年，工業和信息化部、國家發展和改革委員會等部門建立了一種專門針對機器人產品的認證——CR認證（China Robot Certification）。在過去，工業機器人使用的電磁兼容標準是GB/T 17799.2—2003《電磁兼容通用標準工業環境中的抗擾度試驗》[1]和GB 17799.4—2012《電磁兼容通用標準工業環境中的發射》[2]。后來為了更好地規范工業機器人的電磁兼容性，相關技術機構聯合制定了更適用于工業機器人的GB/T 38326—2019《工業、科學和醫療機器人電磁兼容抗擾度試驗》[3]和GB/T 38336—2019《工業、科學和醫療機器人電磁兼容發射測試方法和限值》[4]兩項標準。這兩項標準均于2019年12月10日由國家市場監督管理總局和國家標準化管理委員會發布。因此在2021年2月，CR認證將工業機器人的電磁兼容項目檢測依據由原來的GB/T 17799.2—2003和GB 17799.4—2012改為GB/T 38326—2019和GB/T 38336—2019。新標準中不僅測試項目齊全，對不同使用環境、不同類別的工科醫機器人的測試限值、測試布置、測試時的運行狀態都有詳細描述，使測試更加嚴謹，提高測試的一致性。

電磁兼容發射標準GB/T 38336—2019相對GB/T 17799.4—2012有如下變化：1）適用于工科醫機器人（包括：焊接機器人、噴涂機器人、搬運機器人等），適用范圍更加具體；2）根據工業機器人的安裝方式分為了固定式工科醫機器人和移動工科醫機器人；3）增加工科醫機器人在測試時需達到的工作狀態；4）增加對機器人的分組分類，不同組別的機器人對應不同的發射限值；5）增加額定功率>20 kVA的工科醫機器人電源端口傳導騷擾限值和1 GHz以下輻射騷擾限值；6）輻射騷擾的測試場地取消全電波暗室和TEM小室；7）增加對工科醫機器人的諧波電流和電壓波動與閃爍兩個項目。

2工業機器人電磁兼容標準要求

工業機器人的電磁兼容性能包括電磁騷擾和電磁抗擾。GB/T 38336—2019規定了工業機器人的電磁騷擾測試頻率及限值，GB/T 38326—2019規定了工業機器人的電磁抗擾項目及限值，具體測試項目見表1。

工業機器人根據其安裝方式分為固定式工業機器人和移動工業機器人，它們在測試時的工作模式也有不同，具體差異見表2。

接下來以機械臂為例介紹電源端傳導騷擾和輻射騷擾項目及其布置。根據機械臂說明書，該機械臂不使用9 kHz～ 400 GHz頻段內射頻能量或用于傳輸電磁能量，且使用在非居住環境，因此可以判斷機器人為1組A類，落地式的固定式工業機器人。

2.1電源端口傳導騷擾

測量電源端口傳導騷擾時，需在水平參考接地平面上用不高于15 cm的絕緣材料支撐機械臂，機器人控制柜放置在不干涉機械臂正常工作的位置，同樣使用不高于15 cm的絕緣材料支撐。測試布置如圖1。將機器人控制柜與人工電源網絡連接，打開電源，使機械臂在待執行任務狀態及工作狀態下進行測試，測試結果見圖2、圖3。

電源端口傳導騷擾項目整改建議如下：1）若超標頻率段較高，可以檢查電源線附近有無信號線，如果有，則加大信號線與電源線的距離或使用具有屏蔽層的信號線；2）機箱內部走線需合理布置，高壓線與低壓線盡量分開，避免騷擾相互耦合；3）加裝濾波器，若原來就已經加裝了濾波器但測試仍不合格，可以更換為具有更強濾波能力的濾波器，注意應將濾波器安裝在電源入口處，濾波器的金屬外殼與機箱緊密貼合，搭接面積越大越好。

2.2輻射騷擾

GB/T 38336—2019對1組A類工科醫機器人在9 kHz～30 MHz頻段內無限值要求。將機械臂放置在半電波暗室中，使用高度不超過15 cm的絕緣材料支撐起來，機器人控制柜放置在不干涉機械臂正常工作的位置，同樣使用不高于15 cm的絕緣材料支撐，機器人控制柜與機械臂的連接電纜應與地面絕緣（絕緣距離不超過15 cm），過長部分應在電纜中心附近以30～40 cm長的線段分別捆扎成S形。測試布置如圖4。

若電纜過于粗大或剛硬而難以處理成上述條件，則可以按實際情況進行布置，但不能盤成圈，這對測試結果的影響很大。連接電纜由于過于粗硬，過長部分無法捆扎成S形。若將連接電纜放置在絕緣材料上且盤成圈（如圖5），天線極性為垂直方向的測試結果較差，結果如圖6，30.92 MHz頻率點的準峰值為47.63 dBμV/m，超過限值7.63 dBμV/m，判定為不合格。若將連接電纜平放在絕緣材料上（如圖7），天線極性為垂直方向的測試結果較差，結果如圖8，原來超過限值的波形已消失，準峰值最大值39.63 dBμV/m出現在32.73 MHz頻率點，未超過限值，判定為合格。

輻射騷擾項目整改建議如下：1）改善機箱屏蔽性，減小通風孔尺寸，在縫隙處貼上銅箔；2）改善電路板布局和走線設計，盡可能減小信號線與回線的環路；3）對產生輻射騷擾的部分進行局部屏蔽；4）在電源端口處添加濾波器或在信號線上添加磁環；5）使用具有屏蔽層的信號線。

3結語

本文結合某品牌的機械臂實例講解了GB/T 38336—2019中需要做的電源端傳導騷擾和輻射騷擾項目及其整改建議，使其在使用的過程中不發射導致其他設備無法正常工作的電磁干擾，有利于我國工業機器人領域的高質量發展，同時也為工科醫機器人的認證測試及設計研發提供參考。

【參考文獻】

[1]電磁兼容通用標準工業環境中的抗擾度試驗：GB/T 17799.2—2003[S].

[2]電磁兼容通用標準工業環境中的發射：GB/T 17799.4—2012[S].

[3]工業、科學和醫療機器人電磁兼容抗擾度試驗：GB/T 38326—2019[S].

[4]工業、科學和醫療機器人電磁兼容發射測試方法和限值：GB/T 38336—2019[S].

【作者簡介】

姚家俊，男，1997年出生，研究方向為電磁兼容檢測。

（編輯：于淼）